【質問】数学(高校):合同式とはどういった性質を表したものですか

〔質問〕

合同式に関してあまり特徴がよくわかりません
(1) そもそもどういった性質を表したものになるのでしょうか?
(2) (1)での特徴をどういったシーンで活用することになってくるのでしょうか?

〔回答〕

合同式は「余りの計算を、余りの部分だけで行う」というものです。
(利用シーンとしても、余りの計算をしたい場合、です)

例えば、
・a:5で割ったときに1余る数(a=5m+1)
・b:5で割ったときに3余る数(b=5n+3)
について、「a+b を5で割ったときの余りを求める」とき、
a+b=(5m+1)+(5n+3) とし、これが 5(m+n)+4 であるため、答えは 4 ということになるわけですが、
よくよく考えると、余りを求めるだけであれば 1+3 だけでよかったことになります。

それをしているのが合同式で、具体的には、
「以下、mod5 とする」という言い方で「今から、5で割った余りのことについて考えます」ということを表し、
a≡1, b≡3 という書き方をした上で、a+b≡1+3≡4 という求め方をすることができます。
(1+3 自体は「=」4 ですが、「≡」を用いておいてください)

※ もし、a≡3, b≡4 とかで、a+b≡3+4 で 7 となりますが、あくまでも「5 で割った余りを考える」ため、a+b≡3+4≡7≡2 となります。

〔詳細〕

引き算についても同様の理屈で、a-b≡1-3≡-2≡3 というような計算が可能です。
(a-b=5(m-n)-2=5(m-n-1)+5-2(← 5を1個外に出す)=5(m-n-1)+3 より)

かけ算についても同様で、
a×b=(5m+1)+(5n+3) については、
=5・5mn+5・3m+5・n+1・3
=5(5mn+3m+n)+3
ということで、得られる「余りの3」は結局のところ 1×3 から得られるため、
a≡1, b≡3 に対し、ab≡1・3≡3 という計算が成り立ちます。
 
 
一方の、割り算についてはこういうことは言えませんので a÷b について ≡1/3 のようなことはできません

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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